Почвенная микробиология
Вы будете перенаправлены на Автор24
Почвенная микробиология – это раздел знаний, который изучает состав микроорганизмов, населяющих почву.
Почвенная микробиология: предмет и цель
Почвенная микробиология ставит перед собой цель разработки научных рекомендаций по управлению системой жизнедеятельности микробиоты почвы в целях контроля над оптимальным процессом минерального питания растений, повышения их урожайности, предотвращения нарушения биологического круговорота веществ.
Вышеизложенное свидетельствует о том, что почвенная микробиология тесно связана с генетическим почвоведением, химией, физикой, экологией, географией почв, а также с агрохимией и физиологией растений. Таким образом, почвенная микробиология является комплексной отраслью знаний.
Почва – это естественная среда обитания микроорганизмов в природе, крупнейший резервуар для обитания миллиардов клеток.
Количество микроорганизмов, обитающих в почве, существенно различается в зависимости от ее состава. В глинистой почве может быть 1•108 КОЕ/г микроорганизмов, в черноземе состав увеличивается до 5 • 109 КОЕ/г. Также количество и разнообразие почвенной микробиоты сильно зависит от присутствия в ней органических веществ. Также на видовой состав микроорганизмов почвы существенно влияет структура почвы, уровень ее влажности, механизмы обработки почвы, а также характер растительного покрова.
Крайне важным фактором является степень загрязненности почвы. Многие отходы хозяйственной деятельности человека оказывают негативное воздействие на всех почвенных обитателей, иногда приводя к их полному уничтожению.
В почвенную микробиоту входят:
- несколько тысяч видов бактерий;
- плесневых грибов;
- вирусов;
- простейших.
Готовые работы на аналогичную тему
Микробиота почв
Как уже отмечалось ранее, количество микроорганизмов в почве и их качественный состав подчиняются определённой динамике. Почти во всех видах почвы наблюдается тенденция к активации микробных сообществ в весенний период.
При реализации микробиологических исследований нередко получаются сильно различающиеся данные внутри одного и того же региона, но современные методы микробиологии позволяют привести полученные сведения к более или менее сопоставимым результатам.
Микробиота южных почв, как правило, более богата по сравнению с северными районами. В северных районах значительно сокращается количество спорообразующих бактерий и актиномицетов. Кроме того, микроорганизмами значительно более богаты окультуренные почвы по сравнению с целинными. Меняется качественный состав микроорганизмов и по мере углубления: в более глубоких слоях больше бацилл и актиномицетов.
В ходе процессов жизнедеятельности человека и других организмов в почву постоянно попадают различные отходы, а также выделения животных и человека. Кроме того, на состав почвы существенно влияют погибшие растения и животные. Почвенная микробиология установила тот факт, что почва поддерживает равновесие за счет процесса самоочищения почвы.
Жизнедеятельность микроорганизмов играет колоссальную роль в процессах самоочищения почвы и обеспечивает круговорот веществ в природе. Органические вещества, попавшие в почву, разлагаются до минеральных самыми различными микроорганизмами. Среди них:
- бактерии гниения;
- нитрифицирующие бактерии;
- бактерии, фиксирующие азот;
- денитрифицирующие бактерии.
Постоянный приток микроорганизмов в почву обеспечивается также и их патогенной группой, например они попадают в грунт с выделениями больных животных и людей, трупами инфекционно зараженных организмов и из других источников. Чаще всего быстро погибают лишь спорообразующие бактерии, большинство других микроорганизмов выживает. Сроки выживания в почве возбудителей заболеваний разные: от нескольких часов до нескольких месяцев. Естественно, долго сохраняются в почве спорообразующие, такие как возбудители ботулизма, столбняка, газовой гангрены и др.
По-разному размещаются в почве и патогенные микроорганизмы в горизонтальном направлении. Наименьшее количество микробиоты содержится в верхнем горизонтальном слое почвы. Это происходит потому, что здесь максимально неблагоприятные условия для них, а именно действие солнечных лучей и отсутствие достаточного количества влаги. На глубине 5 – 10 см находится наиболее заселенный слой почвы. По мере углубления почву количество микроорганизмов существенно снижается. На глубине 30 см их в несколько раз меньше.
Качественный состав микробиоты почвы также меняется по мере углубления: в верхних слоях почвы преобладают сапрофитные аэробы. Эти организмы обитают в достаточно сложных условиях, но обладают высокой степенью выживаемости. По мере углубления в почву снижается также и количество кислорода, находящегося в ней. В связи с этим смена состава микробиоты почвы происходит постепенно и в глубинных слоях почвы обитают фактически только анаэробные бактерии.
Микробиота почвы очень разнообразна. В нее входят различные виды бактерий, грибов, актиномицетов. Среди бактериального состава чаще всего можно наблюдать гнилостные бактерии, а также бактерии, способные образовывать споры.
Плодородие почвы обеспечивается последовательная жизнедеятельность микроорганизмов, они сменяют друг друга и осуществляют почвенный круговорот веществ. Благодаря им вся почвенная органика, попадающая в почву, минерализуется постепенно. Важно, что микроорганизмы преобразуют недоступные для растений соединения углерода, азота, фосфора и других элементов в усвояемые формы.
Кроме всего вышеописанного, почвенная микробиология занимается оценкой санитарного состояния почвы. Считается не только количество бактерий группы кишечных палочек, но и определяется дополнительное микробное число и загрязненность почвы навозом (оценивается по титру термофильных микроорганизмов).
Тем самым, почвенная микробиология является перспективной областью знаний, которая позволяет выявить особенности развития биологического компонента литосферы и дает возможность предотвратить течение патогенных процессов внутри нее.
Источник
Повышение плодородия почвы. Роль микроорганизмов.
Понятия микроорганизмы, микробы, микробиота, микромир, биота приводятся в данной статье как синонимы, чтобы избежать неудобных для чтения повторов.
Современное понимание плодородия почвы напрямую связывают с разнообразием, массой и активностью почвенной биоты.
Основную биомассу микромира почвы составляют грибы, актиномицеты и бактерии . Также всегда есть какое-то количество архей, вирусов, бактериофагов, водорослей, простейших.
Последние выводы ученых — общая биомасса подземных обитателей, по крайней мере, не меньше, чем биомасса всех наземных организмов .
Микробиота находится в постоянной активности – идет борьба за еду, создаются симбиотические сообщества, ведутся войны, создается оружие (в основном, химическое).
Микромир разных почв, даже разных участков одного огорода, может существенно различаться. Картина микромира зависит от времени года и даже дня, температуры и влажности, рН почвы, освещенности и множества других факторов. Это существенно затрудняет практическую работу ученых и логическую достоверность их выводов.
Наука о почвенном микромире – одна из самых новых, хотя первые исследования были сделаны еще в 19 веке. Очень интересно знакомиться с современными научными работами.
Вот ряд выводов, к которым приходят исследователи. Их стоит взять на заметку каждому огороднику:
— Микробиота кислых почв, в основном, представлена грибами. В торфах на долю грибов приходится до 90% от массы всей почвенной биоты.
— Чем более плодородна почва, тем больше в ней аэробных бактерий и актиномицетов. Скорее всего, достоверно и обратное.
— Именно бактерии отвечают за круговорот азота. Одни фиксируют азот воздуха (азотфиксирующие), другие расщепляют белки растительного и животного опада, навоза, выделяя в почву аммиак (аммонифицирующие). Следующие бактерии окисляют аммиак до нитрозо- и нитросоединений (нитрофицирующие). В форме нитратов азот попадает и в растения. Остатки нитратов в почве денитрофицирующие бактерии восстанавливают до молекулярного азота. И круговорот этого элемента повторяется.
— Когда человек вносит в почву минеральные удобрения, он кормит не только (а может быть, не столько) растения, но и микроорганизмы. Есть многократно подтвержденные данные исследователей, показывающие, что количество микробиоты после внесения удобрений вырастает в разы.
— Для жизнедеятельности бактерий, отвечающих за оборот азота в почве, требуется нейтральная кислотность. В кислой среде они не работают.
— Органические кислоты (гуматы), которые составляют основу органических удобрений (навоза, перегноя, вермикомпоста) не могут усваиваться растениями. Они должны сначала переработаться микроорганизмами (минерализоваться), и в таком виде уже становятся доступны растениям. Это значит, что органикой мы подкармливаем не растения, а микробиоту. Но зато микроорганизмы, получив легко усваиваемую пищу, активно размножаются, синтезируют ферменты, гормоны, витамины, антибиотики, которые нужны растениям не меньше, чем минеральные компоненты.
Принято говорить, что микробиота формирует пищевые цепочки. Что они в себя включают?
— Часть микроорганизмов получает пищу и энергию из минералов, воды, воздуха (как фитотрофы и цианотрофы). Известно, что в почве могу идти процессы, аналогичные фотосинтезу. О фиксации азота уже говорилось выше. Бактерии и другие представители микромира могут «питаться» минералами, переводя нерастворимые соли в хелатную форму (это комплексы неорганических соединений с органическими молекулами). И в форме хелатов минералы становятся доступны другим представителям биоты, а также растениям.
— Часть микроорганизмов существует за счет живых биологических субстанций и растения (микробы-паразиты или гетеротрофы).
— Часть микроорганизмов перерабатывает неживую органику (их называют сапрофиты), переводя ее в гумусовые соединения. Здесь первыми в пищевой цепочке являются грибы. И далее, проходя через организмы ряда бактерий, гумус постепенно перерабатывается в минеральные компоненты.
— В почвенной среде много дружественных симбиозов, помогающих его членам выживать. Всем известны симбиозы грибов и водорослей – лишайники.
Для нас важно, что корни растений (ризота) дружат с грибами и бактериями, создавая микоризу.
Без дружественных (или временно прикидывающихся друзьями) микроорганизмов растения обречены на голод и не защищены от врагов и болезней.
Вспомним про питание растений. Мы знаем, что оно бывает воздушное и корневое.
Воздушное питание обеспечивают зеленые листья. Они способны улавливать из воздуха углекислый газ и трасформировать его в углеводы (этот процесс называется фотосинтезом и протекает с использованием хлорофилла). Углеводы – ценный, энергоемкий вид питания.
Углеводы транспортируются к корням, где их поджидают всевозможные микрообитатели почвы. Некоторые из них – например, отдельные виды грибов, азотфиксирующие бактерии проникают непосредственно в ткани корней, другие образуют колонии вокруг корневых волосков. Корни выделяют углеводы, и всасывают почвенные растворы, в которых есть минеральные компоненты, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов — ферменты, гормоны, другие биологически активные вещества. Это корневое питание растений.
— Грибы, проросшие в корни растений, могут эффективно поставлять растениям воду, так как их отростки (гифы) могут расти существенно быстрее корней, и их длина может измеряться километрами. Грибы могут глубже корней проникать в почву в поисках воды, так как им не опасны анаэробные (лишенные кислорода) среды.
Более конкретно о почвенном микромире, о том, как использовать микроорганизмы на практике, будет рассказано в следующих статьях.
Поэтому подписывайтесь на наш канал!
Попробуем разобраться в хитросплетениях мифов и реальностей.
Вас ждут неожиданные факты, полезные для практики результаты научных исследований.
Источник
Эффект покровных культур и 13 параметров почвенного микробиома
Повсеместно положительное влияние покровных культур на микробиом почвы доказали ученые
Только малая часть традиционных фермеров, выращивающих междурядные культуры, интересуется покровными растениями, и совершенно зря. Новый глобальный анализ, проведенный Университетом Иллинойса, показывает — такая практика может увеличить численность микробов в почве на 27%!
Результаты нового исследования играют в пользу покровных культур, которые рекомендуется обычно высеивать для снижения потерь азота, с целью подавления сорняков, борьбы с эрозией и так далее.
Несмотря на то, что микробное содержание почвы не так легко проанализировать, ученые сделали это для оценки состояния почвы на участках с покровными культурами. «Многие экологические услуги выполняются почвенным микробиомом, включая круговорот питательных веществ. Очень важно понять, как аграрии могут формировать более здоровый почвенный микробиом», — говорит Накиан Ким, докторант факультета наук о растениях в Университет Иллинойса и ведущий автор статьи.
Ряд предыдущих научных работ показали преимущества растительного покрова для сообщества почвенных микробов, но большинство из них были однократными и полученными под влиянием конкретных условий участка, погодных явлений в сезоне, уникальных режимов управления и выбранных исследователями методов анализа.
Работа Кима отличается тем, что он искал универсальные закономерности среди десятков этих разовых исследований. «Наш анализ показывает, что в 60 полевых исследованиях наблюдалось постоянное увеличение численности микробов на 27% на полях с покровными культурами по сравнению с контрольными участками», отмечает Мария Вильямиль, доцент в области сельскохозяйственных наук и соавтор статьи.
Команда Университета Иллинойса провели сборку уже существующих исследований по покровным культурам и получила около 985 научных статей. Из них сделали выборку, где в статьях проводилось непосредственное сравнение покровных культур и голых паровых почв, исключая работы, проводимые в теплицах или в которых остатки сельскохозяйственных культур рассматривались как покровные культуры.
В конце концов, ученые повторно проанализировали данные 60 исследований, где сообщалось о 13 микробных параметрах почвы. «Критерии отбора были очень строгие. Мы хотели сравнить надежные исследования с достаточным количеством повторений, чтобы сделать обоснованные выводы о глобальных закономерностях», — говорит Вильямиль.
Итак, ученые разделили 13 микробных параметров на три категории: численность микробов, активность и разнообразие.
Микробное изобилие было не единственной категорией, которая показала значительное увеличение при укоренении покрова по сравнению с голыми залежными почвами. Микробная активность также увеличилась на 22%, а разнообразие увеличилось на 2,5%.
«Все категории важны, но особенно разнообразие, потому что разнообразный микробиом более устойчив. Учитывая тесную связь между микробным разнообразием и предоставлением экосистемных услуг, небольшие воздействия имеют большое значение для повышения устойчивости. В этом смысле, я думаю, покровные культуры действительно помогают», — говорит Ким.
Ученые выявили несколько факторов, лежащих в основе основного эффекта покровных культур. Например, как климат, метод уборки покровных культур перед основной или режим обработки поля влияют на способность покровных культур приносить пользу сообществу почвенных микробов.
Ким говорит, что использование выжигающих гербицидов в качестве метода уничтожения растительного покрова оказало сильное воздействие на микробное сообщество, в результате чего ученые сделали вывод: «Выгоды от покровных культур несколько уменьшаются при использовании гербицидов, и это важный момент».
По словам Кима, изучение обработки почвы показало любопытные результаты. Влияние покровных культур на почвенный микробиом было незначительным по сравнению с контрольным участком без вспашки: «Я предполагаю, что отсутствие обработки почвы позволило сорнякам активно расти на земле и имитировать то, что делают покровные культуры. Таким образом, разница между контрольной обработкой и покровной культурой оказалась невелика, и нужны дополнительные исследования».
Но в целом ученые довольны.
«Для меня было удивительным и радостным увидеть постоянный положительный эффект покровных культур. Наконец-то! Я исследовала покровные культуры на наших типичных севооборотах кукурузы и сои в Иллинойсе с 2001 года, но в этих высокопродуктивных средах трудно показать какие-либо эффекты помимо захвата азота зерновыми и однолетними ржаными (если позволяет погода). Изменения химических и физических свойств почв, связанных с использованием покровных культур, трудно увидеть, но сейчас у нас есть данные по микробиому – вот в каком направлении мы будем работать и дальше», — заключает Вильямиль.
Источник